CN102297148B

CN102297148B - 一种延长风扇直流碳刷电机寿命的风扇控制电路

Info

Publication number: CN102297148B
Application number: CN2011102421177A
Authority: CN
Inventors: 田畴
Original assignee: Guangdong Kennede Electronics Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Guangdong Kennede Electronics Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2011-08-23
Filing date: 2011-08-23
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2031-08-23
Also published as: CN102297148A

Abstract

本发明公开了一种延长风扇直流碳刷电机寿命的风扇控制电路，包括风扇交直流电源转换电路、风扇直流电机与电池低电压保护电路以及风扇驱动控制电路；其中所述风扇交直流电源转换电路包括可充电的蓄电池、开关电源降压电路、电池充电电路和AC/DC电源切换电路，所述风扇驱动控制电路包括风扇风速控制电路、风扇电机电流控制电路以及风扇电机电压控制电路。本发明所提出的风扇控制电路能够避免因电源电压过低而对电机和电池造成损害，并能将风扇直流碳刷电机的工作电流稳定在额定工作电流值上的同时将电压控制在电机额定工作电压的下限，并消除电源电压波动导致的电机不稳定工作现象，从而延长家用交直流两用风扇的寿命。

Description

一种延长风扇直流碳刷电机寿命的风扇控制电路

技术领域

本发明涉及一种风扇控制电路，尤其是一种能延长风扇直流碳刷电机寿命的风扇控制电路。

背景技术

现有使用直流碳刷电机的风扇的寿命严重受到直流碳刷电机寿命的制约，目前碳刷电机的寿命只有1500小时，直流碳刷电机寿命终止的主要原因是其内部的碳刷磨损，磨损掉下的碳粉在换向器槽内堆积导致换向器短路引起。影响直流碳刷电机寿命的主要因素：

1、电源电压波动导致电机工作电压不稳定，转速不稳定，从而导致电机自身的振动加剧，电机碳刷与换向器间的碰撞也加剧，碳刷的磨损速度就加快，从而导致电机处于如下的恶性循环状态：

电源电压波动→转速不稳定→电机振动加剧→碳刷与换向器间的碰撞加剧→碳刷磨损加快→换向器槽积碳→电机工作电流变大→碳刷与换向间“拉弧”现象变严重→碳刷磨损加快→换向器槽积碳→电机工作电流变大。

2、随着直流碳刷电机使用时间的延长，电机工作电流因各种因素（轴承油干涸、部件磨损……等）变大，从而导致电机处于如下的恶性循环状态：

电机工作电流变大→碳刷与换向间“拉弧”现象变严重→碳刷磨损加快→换向器槽积碳→电机工作电流变大。

3、直流碳刷电机起动时的起动电流是正常工作电流的7-8倍，在起动阶段因启动电流很大，碳刷与换向间“拉弧”现象非常严重，起动阶段碳刷的磨损很严重，对寿命影响很严重。

发明内容

为了克服以上技术的不足，本发明的目的在于提供一种风扇控制电路，通过对风扇直流碳刷电机的工作电压与电流的优化控制，实现延长风扇直流碳刷电机的寿命的目的。

本发明采取的技术方案是：

一种延长风扇直流碳刷电机寿命的风扇控制电路，其包括可实现工频交流电源与直流电源两种电源供电的风扇交直流电源转换电路、在电源电压过低时切断供电回路的风扇直流电机与电池低电压保护电路以及将风扇电机稳定工作在其额定工作参数上的风扇驱动控制电路；所述风扇驱动控制电路与风扇直流碳刷电机相连接，所述风扇直流电机与电池低电压保护电路串接在所述风扇交直流电源转换电路与所述风扇驱动控制电路之间；所述风扇交直流电源转换电路包括可充电的蓄电池、将市电转换成直流碳刷电机所需的低压直流电的开关电源降压电路、提供蓄电池充电电流的电池充电电路和实现市电和蓄电池供电切换的AC/DC电源切换电路；所述风扇驱动控制电路包括控制风扇电机转速的风扇风速控制电路、将风扇电机的工作电流稳定在其额定工作电流值上的风扇电机电流控制电路以及将风扇电机的工作电压控制在其额定工作电压的下限上并消除电源电压波动的风扇电机电压控制电路。

作为以上技术方案的一种优化，所述风扇直流电机与电池低电压保护电路包括第一三极管，所述第一三极管的发射极连接AC/DC电源切换电路输出端，基极通过第一二极管、第一电阻和第一电容接地，集电极通过第二二极管、第一稳压管和第二电阻与第二三极管的基极相连接，第二三极管的集电极接入所述第一电阻和第一电容之间，所述第一三极管的集电极为所述风扇直流电机与电池低电压保护电路的输出端。

作为以上技术方案的一种优化，所述AC/DC电源切换电路包括继电器，所述继电器的线圈与开关电源降压电路相连接，动触点与风扇直流电机与电池低电压保护电路的输入端相连接，常闭触点与电池相连接，常开触点与所述开关电源降压电路相连接；当无市电时继电器不动作，风扇电机由电池供电；当有市电时继电器线圈通电，常开开关接通，风扇转由开关电源降压电路供电。

作为以上技术方案的一种优化，所述风扇电机电流控制电路与风扇电机电压控制电路分别通过一组电压比较器实现对风扇电机的电流与电压的控制。

本发明的有益效果是：

本发明所提出的风扇控制电路整合有优化的风扇直流电机、电池低电压保护电路，能够避免当电源电压过低时，风扇直流碳刷电机因驱动功率不够而出现堵转而导致电机短路、控制电路烧毁的现象，同时也能避免电池出过放电现象，起到同时保护风扇直流碳刷电机、电池及控制电路的作用。

本发明所提出的风扇控制电路还整合有风扇驱动控制电路，将风扇直流碳电机的工作电流稳定在额定工作电流值，消除各种因素导致的电机工作电流变大现象，从而延长家用交直流两用风扇的寿命；同时在风扇直流碳电机的启动阶段，将风扇直流碳电机的起动电流也稳定在额定工作电流值，实现恒流慢速起动，延长家用交直流两用风扇的寿命；电压控制电路，将电压控制在电机额定工作电压的下限，并消除电源电压波动导致的电机不稳定工作现象，从而延长家用交直流两用风扇的寿命。

本发明通过有效控制直流碳刷电机碳刷的磨损程度，从而将使用直流碳刷电机的风扇寿命延长至3000小以上。

附图说明

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的风扇交直流电源转换电路的原理框架图；

图2是本发明的风扇交直流电源转换电路的电路示意图；

图3是本发明的风扇直流电机与电池低电压保护电路的电路示意图；

图4是本发明的风扇驱动电路的电路示意图；

图5是本发明完整的电路示意图。

具体实施方式

参见图1与图5，本发明公开了一种延长风扇直流碳刷电机寿命的风扇控制电路，其包括风扇交直流电源转换电路、风扇直流电机与电池低电压保护电路以及风扇驱动控制电路等三大电路。

其中风扇交直流电源转换电路可实现工频交流电源、直流电源（可充电电池）两种电源供电，其电路原理图如图2所示。此电路分三部分：首先是开关电源降压电路，由D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、Q1、TR1、U1、U2、U3、C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、F1构成开关电源降压电路，将市电转换成直流碳刷电机所需的低压直流电，其中U1与U3为运放IC，U2为光电耦合器；其次是电池充电电路，由R13、D11、F2、BT1组成电池充电电路。只要接通市电，就能给其带有的蓄电池充电；最后是AC/DC电源切换电路，由R1D9、D10、D12、J1、F2、BT1构成电源转换电路，当无市电时，风扇由电池供电，而当接通市电时继电器线圈通电，常开开关接通，风扇转为市电供电。

风扇直流电机与电池低电压保护电路的电路原理如图3所示，其由R15、R16、R17、R18、R19、R20、R24、D13、D14、Z1、C9、C10、Q2、Q3构成。此部分电路能避免当电源电压过低时，风扇直流碳刷电机因驱动功率不够而出现堵转而导致电机短路、控制电路烧毁的现象，同时也能避免电池出现过放电现象，起到同时保护风扇直流碳刷电机、电池及控制电路的作用。当接通电源时，Q3通过D13、R17、C9有一段短时间的导通状态，Q3导通时，通过D14、Z1、R18给Q2供电，使Q2导通，Q2导通后，通过R17、D13维持Q3的导通状态，通过B点向风扇直流碳刷电机驱动电路的U4、Q4供电。当电源电压过低时，A点电压过低Q2无法导通，迫使Q3截止，切断U4、Q4电源，从而关断整个电路。此电路能够避免当电源电压过低时，风扇直流碳刷电机因驱动功率不够而出现堵转而导致电机短路、控制电路烧毁的现象，同时也能避免电池出现过放电现象，起到同时保护风扇直流碳刷电机、电池及控制电路的作用。

风扇驱动控制电路的电路原理如图4所示，其由R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29、R30、R31、R32、D15、D16、D17、D18、D19、C11、C12、L1、S3、Q4、Q5、M1、U4、U5组成。其中D16、D17、D18、D19、S3为风扇风速控制电路，开关S3闭合时，风扇处于高风档状态，开关S3断开时，通过D16、D17、D18、D19降低电机电压，从而降低风扇的风速，使风扇处于低风档。U4采用运放IC358，其5、6、7脚及3、2、1脚分别组成二组电压比较器，R30、U5、R29、R28为U4的二组电压比较器设置基准电压，其中U5可采用常用的431稳压芯片。电流取样电阻R27和第一组电压比较器构成风扇电机电流控制电路，将风扇直流碳刷电机的工作电流稳定在额定工作电流值，消除各种因素导致的电机工作电流变大现象，从而延长家用交直流两用风扇的寿命；同时在风扇直流碳刷电机的启动阶段，将风扇直流碳刷电机的起动电流也稳定在额定工作电流值，实现恒流慢速起动，延长家用交直流两用风扇的寿命。R31、R32以及第二组电压比较器组成风扇电机电压控制电路，将风扇直流碳刷电机电压控制在其额定工作电压的下限，并消除电源电压波动导致的电机不稳定工作现象，从而延长家用交直流两用风扇的寿命。

本发明的整体电路示意图可参见图5。

以上所述只是本发明优选的实施方式，其并不构成对本发明保护范围的限制，只要是以基本相同的手段实现本发明的目的都应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种延长风扇直流碳刷电机寿命的风扇控制电路，其特征在于：其包括可实现工频交流电源与直流电源两种电源供电的风扇交直流电源转换电路、在电源电压过低时切断供电回路的风扇直流电机与电池低电压保护电路以及将风扇电机稳定工作在其额定工作参数上的风扇驱动控制电路；所述风扇驱动控制电路与风扇直流碳刷电机相连接，所述风扇直流电机与电池低电压保护电路串接在所述风扇交直流电源转换电路与所述风扇驱动控制电路之间；所述风扇交直流电源转换电路包括可充电的蓄电池、将市电转换成直流碳刷电机所需的低压直流电的开关电源降压电路、提供蓄电池充电电流的电池充电电路和实现市电和蓄电池供电切换的AC/DC电源切换电路；所述风扇驱动控制电路包括控制风扇电机转速的风扇风速控制电路、将风扇电机的工作电流稳定在其额定工作电流值上的风扇电机电流控制电路以及将风扇电机的工作电压控制在其额定工作电压的下限上并消除电源电压波动的风扇电机电压控制电路。

2.根据权利要求1所述的一种延长风扇直流碳刷电机寿命的风扇控制电路，其特征在于：所述风扇直流电机与电池低电压保护电路包括第一三极管（Q3），所述第一三极管（Q3）的发射极连接AC/DC电源切换电路输出端，基极通过第一二极管（D13）、第一电阻（R17）和第一电容（C9）接地，集电极通过第二二极管（D14）、第一稳压管（Z1）和第二电阻（R18）与第二三极管（Q2）的基极相连接，第二三极管（Q2）的集电极接入所述第一电阻（R17）和第一电容（C9）之间，所述第一三极管（Q3）的集电极为所述风扇直流电机与电池低电压保护电路的输出端。

3.根据权利要求1所述的一种延长风扇直流碳刷电机寿命的风扇控制电路，其特征在于：所述AC/DC电源切换电路包括继电器（J1），所述继电器的线圈与开关电源降压电路相连接，动触点与风扇直流电机与电池低电压保护电路的输入端相连接，常闭触点与电池相连接，常开触点与所述开关电源降压电路相连接；当无市电时继电器不动作，风扇电机由电池供电；当有市电时继电器线圈通电，常开开关接通，风扇转由开关电源降压电路供电。

4.根据权利要求1所述的一种延长风扇直流碳刷电机寿命的风扇控制电路，其特征在于：所述风扇电机电流控制电路与风扇电机电压控制电路分别通过一组电压比较器（U4）实现对风扇电机的电流与电压的控制。